https://www.e3s-conferences.org/articles/e3sconf/pdf/2024/61/e3sconf_uesf2024_02002.pdf

目的
様々な分野で用いられる代表的なシミュレーションソフトウェア（SolidWorks, Ansys, Fusion 360, Abaqus）の背景・機能・活用分野を整理し、利用者が最適なツールを選択できるよう比較検討を行うことを目的とする .

ソフトウェア別の主な特徴

SolidWorks
モデリング、アセンブリ、図面作成からシミュレーション機能まで一体化。ユーザーフレンドリーな GUI で、応力解析・流体解析・熱解析・周波数解析など多用途に対応 .

Ansys
解析機能に特化し、構造・音響・振動・熱・流体・電磁界・非線形動力学など幅広い分野の詳細シミュレーションが可能。CAD モデリングは別ソフトに依存することが多い .

Fusion 360
CAD／CAE／CAM をクラウド上で統合。モデリングから解析、製造データ生成まで一貫して行えるが、機能が多岐にわたるため習熟に時間を要し、クラウド依存による遅延リスクもある .

Abaqus
高度な構造・材料解析に特化。土–構造物相互作用や生体工学など特殊な解析手法をサポートする一方、モデリング機能は限定的で他ツールとの併用が前提 .

主な利用分野

自動車・航空宇宙：衝突解析、空力・熱管理解析、寿命予測、ジェネレーティブデザインの最適化に活用

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医療：医療機器・インプラント・義肢設計の品質検証や耐久性評価に利用

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建築・土木：構造安全性の解析、可視化、規制適合性の検証に貢献

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ツール比較のまとめ

SolidWorks：モデル作成～組立に強み。解析は汎用的で高度解析にはやや力不足

Ansys/Abaqus：解析機能が最も充実。モデリングは外部ツールと併用する必要あり

Fusion 360：CAD→CAE→CAM を一本化しバランス良好。ただ

全文翻訳

Abstract（要旨）
現代の構造解析用解析ツールは、さまざまな形態や状態で提供されている。市場にはエンジニアリング用途向けの多種多様なツールがあふれており、中には無償のものや、一部機能のみを利用可能にした部分的なアクセス提供型のものもある。経験や深い知識がない一般ユーザーにとっては、自分に最適なツールを選択することは困難である。本稿では、科学分野で広く用いられている４つのツール（SolidWorks, Ansys, Fusion 360, Abaqus）を取り上げ、それぞれの背景、主な機能、利用分野を概説するとともに、ツール間の比較を行う。

1 Introduction（はじめに）
現代のツールを用いれば、エンジニアは実物試作を行う前に仮想モデルを試験できる。かつては単純な計算や解析にも多くの時間が費やされ、常に期待した結果が得られるわけではなかった。異なる分野の研究者や多数の人員が協力して解析課題を解決する必要があった。しかし技術の進歩により、境界条件の設定方法を正しく理解さえすれば、これらのツールは誰でも扱いやすくなり、時間短縮と高品質な結果の両立を可能にしている。

さらに人工知能（AI）の発展に伴い、ツール自体が構造設計を最適化する支援機能を備える例も増えている。これらの技術進歩により、ユニットの製造プロセス全体—from モデリングから最終製品の性能評価や寿命予測まで—を一貫して支援できるようになった。ただし、解析結果の信頼性を担保するためには実機検証が不可欠であり、誤差は構造の弱点を示す重要な情報となる。このため、シミュレーションは他の手法と併用しつつ、総合的にユニットを設計・検証する際の一要素として活用される。

今日、モデリング機能を標準内蔵するものから高度解析に特化したものまで、多彩なエンジニアリングツールが市場に出回っている。これらは設計の複雑性、対応分野、価格体系などの点で大きく異なるため、目的に応じた最適なツール選びが重要になる。本稿では、特に構造解析分野で広く利用されている以下の４つのソフトウェアを取り上げる。

SolidWorks

Ansys

Fusion 360

Abaqus

2 Engineering software（エンジニアリングソフトウェア）
2.1 SolidWorks
SolidWorksは1995年のリリース以来、モデリングから解析まで幅広く活用されてきた。ユーザーフレンドリーなGUIを備え、部品のモデリング、アセンブリ（組み立て）、図面作成、さらに多用途なシミュレーション機能を統合している。部品設計では豊富な機能群により複雑形状の生成が容易で、アセンブリ環境では拘束条件を細かく設定して構造挙動を確認できる。シミュレーション体系では、応力解析、流体解析、熱解析、周波数解析など多様な解析スタディを実行可能であり、一般的な構造・機械設計者にとって扱いやすい包括的なプラットフォームとなっている .

2.2 Ansys
Ansysは解析機能に特化したツールで、構造・音響・振動・熱伝達・流体力学・電磁界・非線形動力学など、幅広い分野の詳細解析をサポートする。SolidWorksのようなモデリング・アセンブリ機能は最小限にとどめ、CADデータは他ソフトウェアで作成したものをインポートして解析を行うことが一般的である。解析の自由度や設定項目の豊富さは業界屈指であり、複雑な物理現象を高精度に再現したい研究者・解析専門家に好まれている .

2.3 Fusion 360
Fusion 360はAutodesk社のクラウドベース3D CAD/CAE/CAM統合プラットフォームで、モデリング、アセンブリ、シミュレーション、製造データ生成などを一環して行える。CAD→CAE→CAMまでのワークフローを一本化しており、クラウド解析により計算リソースを共有できる点が特徴だ。解析機能もAnsysに匹敵する範囲をカバーしつつ、ユーザーインターフェースは比較的わかりやすく、共同作業やバージョン管理機能も充実している。ただし、機能の多様さゆえに習熟には一定の学習コストがかかり、クラウド接続への依存が遅延リスクを伴う場合がある .

2.4 Abaqus
Abaqusは特に構造・材料解析に強みを持つツールで、土–構造物相互作用、生体工学、化学プロセス解析など特殊な解析手法をサポートする。モデリング・アセンブリ機能は限定的で、一般に外部CADで作成したモデルをインポート後、詳細解析に特化して利用される。高度な非線形解析や大変形解析、複合材料解析などで優れた性能を発揮し、学術研究や産業界の厳密な検証業務で広く使われている
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<div style=”text-align:center; margin:1em 0;”> 図1. シミュレーション結果の生成画像 </div>
3 Application of engineering tools（工学ツールの応用）
エンジニアリングツールは、製造業から医療、建築分野に至るまで、多岐にわたる産業で活用されている。ここでは代表的な３分野について述べる。

3.1 Automotive and aerospace industry（自動車・航空宇宙産業）
自動車および航空宇宙分野は、これらツールの改良・普及を牽引してきた主要セクターである。衝突安全（クラッシュワース）、空力解析、熱管理、寿命予測など、製品開発ライフサイクル全体でシミュレーションを多用し、ジェネレーティブデザインによる材料削減や性能最適化にも応用している。法規制や安全基準への適合検証にも欠かせない要素となっている

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3.2 Medical industry（医療分野）
医療分野では、医療機器、インプラント、義肢の設計・性能評価にシミュレーションツールが活用される。製品の耐久性や生体適合性を解析し、試作回数の削減と安全性の確保を両立する重要な技術基盤となっている

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3.3 Construction and civil Engineering（建設・土木工学）
建設・土木分野では、構造物の耐震・耐風・荷重解析など安全性評価が最優先される。さらに可視化機能を用いたデザイン検討や、設計段階でのコスト・工期短縮にも貢献している。大規模構造解析や地盤との相互作用解析にはAnsysやAbaqusが多用される一方、初期概念設計や意匠検討ではSolidWorksやFusion 360も活躍する

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4 Generative comparison（総合比較）

これらのツールを観察すると、それぞれ独自の方向性を持ちながらも、共通点が交差する部分があることが明らかです。SolidWorks の主な特徴は、解析よりもモデル作成や構造設計に優れている点にあります。幅広い経験レベルのユーザーを直感的に引きつける、ユーザーフレンドリーなインターフェースを備えています。使いやすさを追求して設計されており、部品のモデリングから他の部品とのアセンブリ、そして最終的な解析まで、一連のプロセス全体にわたってその特徴が見て取れます。そのため、複雑または広範囲にわたる解析を行う機能は十分ではありません。しかし、堅牢なシミュレーション機能を備えていないというわけではありません。Ansys と Abaqus は、SolidWorks とは異なる方向性を持っています。これら二つのツールは、構造モデルの作成ではなく、解析に重点を置いていることが明らかです。前述のように、これらのツールは解析用に構築されています。類似ツールと同様にその他の機能も実装していますが、やはり解析機能に重きが置かれています。これら二つのツールは、シミュレーションにおいてより高度な制御を可能にします。対応分野も多岐にわたり、研究者にとって有用な領域を幅広くカバーしています。解析におけるこれらの進歩と大きな利点と同時に、欠点も存在します。これらのツールの主な欠点は、単一志向（モノオリエンテーショナル）である点です。これらのツールは部品の作成およびアセンブリ機能が不足しています。つまり、モデリングや組み立てには別のツールが必要になります。解析を行う前に、境界条件や拘束条件を設定する必要があります。したがって、最適なツールを選択するには、必要な手順を明確に理解しておくことが重要です。ほぼすべての段階で最適化を図ろうとするツールが Fusion 360 です。このソフトウェアは、CAD によるモデル作成から最終製品の状態—すなわち消費者の手に渡る段階—までのプロセスを一つの環境でバランス良く統合しようとします。新技術を組み合わせた斬新なアプローチにより、他のツールと比較してひとつ上のレベルへと機能を拡張しています。ユーザーフレンドリーなインターフェースを備えつつ、多くの機能を直感的に操作・活用できる点も特徴です。アセンブリ機能とシミュレーション機能の両方が、一般ユーザーにも分かりやすい形で組み込まれています。ただし、これにも欠点があります。まず一点目は、機能面にあります。機能が多すぎることがかえって適用性を制限する場合があるのです。というのも、すべてのツールや機能がメインの画面から利用できるわけではないからです。二点目は、新技術への依存度に関わる問題です。たとえばクラウド解析は適切なネットワーク接続を前提としており、接続が不安定だと解析に遅延が生じます。明らかなのは、市場にはあらゆる目的に応じた最適なバリエーションを選べる多様なソフトウェアが存在するという点です。必要な工程をすべてカバーする適切なツールを選ぶのは、ユーザーや研究者自身の判断に委ねられます。

5 結論

結論として、本論文では構造シミュレーションに広く用いられているいくつかの主要なツールを取り上げました。これは、市場に多様な解析ツールが存在することを背景として行われました。一部の機能に優れていても、他の部分では性能が十分でないツールの中から最適なものを選ぶのは困難です。比較の対象として、本研究では最も一般的に利用されているツールを選定しました。選定したツールは次のとおりです：SolidWorks、Ansys、Abaqus、Fusion 360。本稿では、それぞれのツールの特徴と主な用途を詳細に解説しました。また、解析での利用を検討するユーザーに向けて明確な判断基準を示すために比較を行いました。各ツールが異なる特性を持つ一方で、共通する機能も存在することが明らかになりました。SolidWorks は解析よりもモデリング・構築に重きを置いていることが確認されました。Abaqus および Ansys は、複雑な構造解析に特化しており、異なる分野の多様な解析に対応可能な機能を備えています。最後の Fusion 360 は、ほぼすべての要件を満たす一方で、いくつかの欠点も抱えています。